Биологические фильтры очистных сооружений. Как происходит очистка загрязненной воды в биофильтрах?

Биоочистка эффективно удаляет мелкие органические соединения, такие как водород, сахара, спирты и алифатические вещества.

Биологическая очистка воды

Сегодня становится очевидным, что угроза для жизни людей больше связана не с ядерной опасностью, а с серьезными экологическими проблемами. Недостаток пресной воды, ухудшение ее качества, пренебрежение гигиеническими стандартами, а также пагубное влияние некачественной воды на здоровье населения вселяют тревогу.

Процессы очистки питьевой и производственной воды существенно отличаются от других направлений в химической технологии. В данном случае мы имеем дело с обработкой больших объемов жидкостей, где концентрация растворенных загрязняющих веществ невысока. Для работы с такими большими объемами необходимо применять специализированное крупногабаритное оборудование. В то же время, чтобы эффективно удалить минимальные количества загрязнителей, требуется использование селективных методов очистки водного раствора. Следовательно, основная цель подготовки воды заключается в том, чтобы достичь физических и биохимических характеристик, согласно требованиям ГОСТа на питьевое водоснабжение или в соответствии с конкретными технологическими процессами на промышленном объекте, что позволит обеспечить нормальную работу оборудования.

Какие существуют методы удаления загрязнений

Природные воды представляют собой сложные дисперсные системы, содержащие разнообразные растворённые и взвешенные примеси как неорганического, так и органического происхождения. Нет единого универсального метода для эффективного удаления всех этих веществ. Подготовка воды включает в себя множество процессов и технологий биологической очистки, каждая из которых нацелена на удаление определенной категории загрязняющих веществ.

Существует четыре основных типа методов очистки воды, которые различаются в зависимости от целей применения и используемых химических реагентов:

1. Удаление растворенных загрязняющих веществ с применением реагентов — Химические методы.
2. Комбинированное воздействие на загрязнители с помощью физических и химических процессов.
3. Биологическая очистка воды.

Физические методы очистки воды играют ключевую роль на начальном этапе водоподготовки. К ним относятся фильтрация, дренаж и седиментация. Эти процессы направлены на удаление крупных частиц загрязнений из воды, что может стать препятствием для эффективной работы установки, а также на предотвращение быстрого износа фильтрующих материалов, используемых на следующих стадиях обработки и очистки воды.

Методы химической очистки основаны на способности соединений взаимодействовать друг с другом в ходе химических реакций. С использованием специальных реагентов, предназначенных для инициирования определённых взаимодействий, токсичные загрязнители могут быть преобразованы в безопасные соединения или связаны в нерастворимые комплексы и осадки, которые легко устраняются с помощью фильтрации или других технологий разделения.

Процессы физико-химической обработки объединяют влияние физических явлений и химических реагентов на очищаемую воду. Эти процессы опираются на характерные свойства удаляемых примесей, которые активируются специально добавляемыми веществами, приводящими к запуску как химических, так и физических процессов. Химико-физическая очистка эффективно применяется для удаления неорганических загрязнителей, а также органических соединений, ионов металлов и растворённых газов.

Биологические процессы очистки представляют собой современные и эффективные способы удаления нежелательных веществ и соединений из воды с помощью живой микрофлоры, в основном бактерий и грибов. Основная идея заключается в том, что эти организмы избирательно поглощают загрязняющие элементы, используя их в качестве питательных веществ для своего существования.

Состав биологических методов очистки воды

Биологическая очистка водных ресурсов в основном применяется в замкнутых системах водоснабжения через адсорбцию и окисление загрязняющих компонентов в заранее подготовленном слое активного ила. Осадочный материал располагается в нижней части установки, при этом его часть находится на плавающей твердой насадке. Микроорганизмы обладают способностью селективно поглощать различные органические и неорганические соединения из очищаемой воды в качестве пищи, что позволяет выбирать специфические виды живых бактерий для биологической обработки вод в зависимости от их химического состава. Нитробактерии типа Nitrosomonas занимаются окислением азотсодержащих соединений в течение своей жизнедеятельности, в то время как серные бактерии участвуют в нейтрализации сероводорода.

Микроорганизмы, которые участвуют в процессе биологической очистки воды, образуют колонии в серо-коричневом осадке с земляным запахом, известном как активный ил. Этот ил обладает способностью быстро оседать на дно, что упрощает процесс отделения чистой воды от осадка. Все микроорганизмы, задействованные в биологической очистке воды, можно условно разделить на две группы в зависимости от условий их существования. Аэробные микроорганизмы требуют наличия кислорода для своего существования и начала окислительных процессов. В отличие от них, анаэробные бактерии способны жить исключительно в бескислородной среде, используя активные питательные вещества. В соответствии с выбранными микроорганизмами адаптируются условия работы установок для биологической очистки воды.

Процессы очистки воды реализуются в специализированных сооружениях:

• биологические пруды и поля фильтрации,
• биологические фильтры,
• воздушные резервуары и вторичные резервуары.

Специальные микроорганизмы, находящиеся в активном иле, функционируют как специализированная минерализующая микрофлора, которая обладает способностью адсорбировать и окислять как органические, так и неорганические соединения на своих поверхностях. В большинстве конструкций, за исключением конверсионных резервуаров, процессы окисления осуществляются при участии кислорода.

Биологические пруды как метод очистки

Биологические пруды представляют собой водоемы, которые могут быть созданы искусственным или естественным путем и имеют свободную аэрацию. На их дне обитают микроорганизмы в активном иле. Растения, выросшие в таких прудах, особенно ноготки, камыш, плавающие цветы и тростник, способствуют эффективной биологической очистке воды.

Фильтрационные поля рекомендуется сооружать на участках с суглинками, глинистыми, торфяными или песчаными почвами. Вода проходит сквозь почву, выполняя функции фильтрующего материала. Микроорганизмы, обитающие в земле, очищают воду от растворенных и взвешенных частиц. Это наиболее простой метод аэробной биологической очистки воды, который не проявляет эффективности при высоких концентрациях загрязняющих компонентов и значительных объемах воды, но при этом является очень экономичным и не требует постоянного контроля со стороны человека.

Биологическая очистка с использованием фильтров

Биофильтры функционируют по принципу естественной фильтрации. Водный раствор проходит через слой предварительно образованной биопленки аэробной микрофлоры. Для того чтобы живые организмы эффективно расщепляли загрязняющие вещества, вода в биофильтре должна быть вынуждена к движению. Однако также возможна естественная циркуляция воздуха.

Аэротенки и метатенки

С учетом технологических нужд, мембранный реактор способен выполнять функции как финальной очистки (предшествующей дезинфекции), так и первичной подготовки перед процессами нанофильтрации и обратного осмоса, если необходимо провести опреснение вод.

Биофильтры находят широкое применение в замкнутых аквакультурных системах, таких как рециркуляционные установки. Существует множество конструктивных решений, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки, однако основная их задача остается неизменной: сокращение водообмена путем преобразования аммиака в нитрат. Аммиак образуется в процессе выделения гуминовых веществ жабрами водных организмов, а также в результате разложения органических материалов. Поскольку аммиак-N обладает высокой токсичностью, он трансформируется в менее вредный нитрит (Nitrosomonas sp.), а затем в еще более безопасную для обитателей водоемов форму — нитрат (Nitrobacter sp.). Данный «процесс нитрификации» требует наличия кислорода (аэробные условия), отсутствие которого может привести к сбоям в работе биофильтра. Также необходимо использовать буферные вещества, такие как известь.

Проблемы экологии и здоровья, вызванные значительными объемами сточных вод, стали причиной разработки инновационных и усовершенствованных систем очистки. В первых разделах представлены различные технологии и методы окисления, а также мембранные реакторы и биореакторы. Цель статьи заключается в обсуждении сочетаний современных подходов к окислению, используемым как для предварительной, так и последующей или совмещенной обработки с применением биологических и простых мембранных реакторов.

Биофильтрация сточных вод представляет собой уникальный метод, отличающийся от других форм биологической очистки. В данном процессе микроорганизмы фиксируются на специальном носителе, через который проходит вода для ее очищения. Технологию биофильтрации можно классифицировать на две основные группы: самоприкрепляющиеся природные системы (традиционные) и искусственно закрепленные микроорганизмы на полимерных материалах (современные научные разработки).

В современных системах биофильтрации микроорганизмы могут быть иммобилизованы в субстрате, захвачены мембранами или инкапсулированы. В отличие от традиционных технологий с использованием твердых мембран, такие системы часто демонстрируют более высокую биохимическую потребность в кислороде (БПК) и более эффективное удаление взвешенных твердых частиц. Дополнительное улучшение процессов удаления БПК и взвешенных частиц из сточных вод может быть достигнуто путем контроля механизмов и параметров, способствующих образованию и удалению биопленок на искусственных поверхностях.

Если на вашем промышленном или муниципальном предприятии образуются сточные воды с содержанием органических веществ, применение биологической очистки сточных вод может быть оптимальным решением для вашего бизнеса. Такие системы способны обеспечить эффективное и экономически выгодное разложение и удаление органических загрязняющих веществ из отходов, возникающих в пищевой, химической, нефтегазовой и коммунальной отраслях.

Ответьте на 3 вопроса и получите бесплатную консультацию инженера-технолога по очистным сооружениям

Наш инженер-технолог готов ответить на ваши вопросы, предоставить примеры из промышленной сферы и собрать необходимую информацию для выбора оборудования и проведения тендера ТКП.

Система очистки сточных вод с использованием биофильтрации

Что же представляет собой станция для биофильтрационной очистки сточных вод и как она функционирует?

Хотя слово «биофильтрация» может ассоциироваться с мембранными технологиями, такими как обратный осмос, эти системы не просто фильтруют загрязняющие вещества физическим разделением. Они используют бактерии для разложения и усвоения нежелательных элементов.

В первую очередь такие системы предназначены для устранения неприятных запахов, так как могут разрушать соединения в газообразной фазе. Однако их также активно применяют для очистки сточных вод, о чем мы сейчас и обсудим.

Как уже упоминалось, биофильтрация задействует бактерии для обработки загрязняющих веществ из промышленных сточных вод. Эти микроорганизмы закреплены в среде, которая предоставляет им достаточно площади для роста и размножения. Носители с крупной поверхностью могут иметь различные формы. Например, в конце 19 века, когда была разработана технология биофильтрации для очистки сточных вод, применялись различные виды гравия и щебня. Позже, с появлением пластика, начали использовать пластиковые кольца и гофрированные элементы.

Эти компоненты и материалы размещаются в биореакторе.

Биофильтрация обычно эффективно справляется со всеми мелкими органическими соединениями, такими как водород, сахара, спирты и алифатические углеводороды.

Некоторые химические соединения разлагаются быстро, другие — медленно, а некоторые требуют очень длительного времени для распада, например, галогенированные углеводороды или сложные ароматические соединения. В таких случаях важно рассмотреть проектирование системы биофильтрации. Более масштабные биофильтры с увеличенным временем пребывания необходимы для того, чтобы микроорганизмы могли эффективно расщеплять более сложные и устойчивые соединения.

Конструкция системы должна предоставлять бактериям все необходимые условия для эффективного удаления загрязняющих веществ:

• обеспечение достаточного количества кислорода
• поддержание оптимального диапазона pH
• они обеспечивают необходимое содержание азота, фосфора, углерода и других элементов.

Система разработана для контроля условий окружающей среды, что позволяет бактериям расти естественным образом, в то время как загрязняющие вещества эффективно удаляются, обеспечивая поступление загрязненной воды в систему и очистку ее на выходе.

Блоки биологической загрузки как компонент биофильтра

Термин «биологический фильтр» или «биофильтр» в контексте очистки сточных вод охватывает все процессы, которые интегрируют биологическую очистку через адгезивный рост с удерживанием взвешенных твердых частиц.

Это способствует повышенной концентрации и, прежде всего, увеличению активности биомассы по сравнению с использованием активного ила. В отличие от активного ила, данный метод имеет ряд значительных преимуществ:

• Экономия пространства благодаря исключению стадии осветления. Компактный дизайн системы упрощает укрытие конструкций, что позволяет лучше контролировать запахи и уровень шумового загрязнения, а также создавать визуально привлекательные растения.
• Отсутствие риска вымывания, поскольку биомасса закреплена на подушке, которая способствует адаптации к изменениям потока воды.
• Подходит для работы с разбавленными сточными водами, так как скорость потока может быть высокой (см. ниже) без ущерба для процесса очистки.
• Модульная структура и легкая автоматизация (аналогично батареям фильтров в системах для питьевой воды).

Наши загрузочные элементы имеют ряд значительных преимуществ, включая обширную поверхность, производственную основу из высококачественного полипропилена, отличные механические характеристики, отсутствие токсичных соединений в процессе эксплуатации, а также создание оптимизированных потоков, что способствует ускоренному развитию биомассы активного ила.

Ключевой особенностью установки наших устройств является их расположение над системой аэрации. Мы применяем мелкопузырьковую аэрацию, которая активно способствует ускоренному развитию микроорганизмов. Данная технология обеспечивает эффективность очистки установленных блоков BBR благодаря усиленному воздушному потоку аэратора.

В начале 1980-х годов были созданы реакторы, в которых кислород перемещался внутри самого устройства. В данном контексте правильное направление движения воздуха и воды имеет критическое значение. Процесс фильтрации питьевой воды привел к первому варианту конструкции реакторов, использующему нисходящий поток против направления потока воздуха. Этот подход вызывает ряд проблем:

• Образование осадков на поверхности от взвешенных твердых частиц. Восходящий поток воздуха препятствует фронтальной фильтрации и глубокому загрязнению, что приводит к резкому увеличению перепада давления, снижая эффективность обработки и укорачивая время циклов.
• Захват пузырьков воздуха. Обратный поток воды и воздуха приводит к слиянию пузырьков, формируя воздушные карманы в материале, что вызывает проблему «воздушного связывания».
• Появление неприятных запахов. Необработанные сточные воды остаются на верхних слоях фильтра, где выделяющиеся газовые пузырьки способствуют испарению веществ с неприятным запахом.

ООО НПО «Агростройсервис» обладает более чем 30-летним опытом в проектировании и производстве специализированных систем для очистки сточных вод. Если у вас возникли вопросы, не стесняйтесь обратиться к нам. Мы поможем подобрать оптимальное решение и предоставим детальную смету для вашей системы биологической очистки сточных вод. Позвоните по номеру 8-800-222-45-62.

Аэробные микроорганизмы и простейшие значительно замедляют свою активность при понижении температуры воды ниже +6 градусов Цельсия. Как только вода замерзает, процесс очистки останавливается, так как жизнедеятельность микроорганизмов полностью прекращается.

Структура и функционирование биофильтров

Биологические фильтры могут включать следующие компоненты:

• Корпус фильтра представляет собой фильтрующий элемент, находящийся в резервуаре, через который проходит вода. Наполнители (пластиковые гранулы, шлак, щебень, керамзит и другие вещества) должны обладать низкой плотностью и значительной площадью поверхности.
• Устройство, распределяющее воду, которое обеспечивает равномерное орошение фильтрующего материала загрязненной водой.
• Дренажная система.
• Аэрирование — устройство, которое предоставляет кислород для окислительных процессов.

Процессы окисления в биофильтрах аналогичны тем, что происходят в системах полевого орошения или биологических очистных сооружениях, однако они протекают с большей интенсивностью.

Загрузочная масса эффективно очищает воду от нерастворимых частиц, которые остаются после процесса осаждения. Биопленка играет роль в поглощении растворённых органических веществ. Микроорганизмы, входящие в состав биопленки, живут благодаря окислению органических соединений. Часть органического материала также используется для увеличения биомассы микроорганизмов. В процессе происходит два основных действия: удаление ненужных органических веществ с помощью воды и рост биолayer. Отмершая часть биопленки выбрасывается вместе со сточными водами. Кислород поступает как естественным, так и искусственным образом через процесс аэрации.

Расчет биофильтров

Капельные биофильтры

Расчёты проводятся для определения реальной толщины осадков и характеристик распределителя воды, доли стока и диаметра каналов, предназначенных для отвода жидкости.

Фактическая масса загрузки рассчитывается на основе окислительной способности (ОМ); ОМ представляет собой количество кислорода, необходимое за сутки. На этот показатель влияют различные факторы, такие как температура воды и окружающей среды, материал груза, степень загрязнения и тип воздухообмена. Если среднегодовая температура опускается ниже 3 градусов, биофильтр следует переместить в более теплое помещение, где возможно его обогрев и обеспечить пятикратный приток свежего воздуха.

Часто применяется следующий алгоритм:

1. Определение коэффициента K, являющегося произведением биохимического потребления кислорода за 20 дней (БПК20) для притока и оттока воды.
2. С помощью таблиц установите высоту фильтра и допустимую гидравлическую нагрузку с учетом средней зимней температуры окружающей среды и значения K.
3. Общая площадь рассчитывается путем деления входящего потока воды на установленную гидравлическую нагрузку.

Высоконагружаемые биофильтры

Существует точный метод расчета, который включает несколько этапов:

1. Первым шагом является определение предельной концентрации загрязняющих веществ в поступающей воде: коэффициент, указанный в таблице K, необходимо умножить на биохимическое потребление кислорода (БПК) вытекающей воды.
2. Далее рассчитывается коэффициент рециркуляции по специальной формуле. Это значение вычисляется как произведение двух разностей: БПК поступающей сточной воды минус ее предельно допустимая концентрация и предельно допустимая концентрация минус БПК очищенной воды.
3. Площадь фильтра рассчитывается путем умножения объема среднесуточного потока воды, скорректированного с учетом обратного потока и потока сточных вод, на коэффициент, полученный на предыдущем этапе. Полученное значение делится на максимальную нагрузку и температуру.

Кроме того, существуют и другие методы для расчета биологических фильтров, которые используют более сложные математические модели и могут предоставить более точные результаты.

Вентиляция биофильтров

Как уже указывалось ранее, существует два типа оксигенации для биофильтров: естественная и искусственная. Выбор способа аэрации зависит от климатических условий и конкретного типа фильтра.

Для высоконапорных биофильтров применяются вентиляторы низкого давления — EVR и CF. Воздушные фильтры нуждаются в принудительной вентиляции. Если биофильтр устанавливается в закрытом пространстве, следует обязательно организовать приток свежего воздуха.

Поддерживайте непрерывную циркуляцию воздуха, поскольку паузы могут привести к повышению температуры до 60 градусов и появлению неприятного запаха из-за разложения отработанной биопленки.

Биофильтр демонстрирует свою эффективность при температуре воды выше 6 градусов. Если температура ниже этого значения, необходимо обеспечить подогрев поступающей воды.

Для защиты фильтра от перегрева в зимний сезон была установлена ветрозащита в виде купола, а также улучшен равномерный поток сточных вод. Кроме того, введены ограничения на подачу холодного воздуха: допускается максимальная подача до 20 кубических метров на квадратный метр в час. В вентиляционные решетки добавлены жалюзи и экраны из текстильных материалов.

Толщина биопленки играет важную роль в поддержании баланса внутри фильтра. Увеличенная толщина может вызвать остановку поглощения кислорода и начать процесс разложения. Обычно это явление фиксируется в фильтрах струйной очистки.

Ранее считалось, что естественное насыщение кислородом происходит исключительно благодаря температурным колебаниям. Однако современные исследования показали, что природная аэрация обусловлена диффузионными процессами, происходящими в рамках окислительно-восстановительных реакций.

Аэробные микроорганизмы и простейшие организмы существенно замедляют свою активность, когда температура воды падает ниже +6 градусов Цельсия. При замерзании воды процесс очистки становится невозможным, так как микроорганизмы полностью останавливают свою жизнедеятельность.

Биофильтры: расчет, принцип работы, преимущества

Биологические фильтры, также известные как биофильтры, представляют собой системы, предназначенные для биологической очистки воздуха или воды от органических веществ.

Биофильтры хорошо справляются с очисткой органических соединений и частиц пыли различной природы, а также неприятными запахами, такими как фенол и формальдегид, а также с аэрозолями, парами и кислотными смесями.

Области применения: очистные сооружения, свалки твердых бытовых отходов, заводы по переработке мусора, красильные фабрики, предприятия пищевой промышленности, сельское хозяйство и многие другие.

Этапы вычисления биофильтра

1. Выясните тип загрязняющих веществ, чтобы выбрать соответствующие бактерии.
2. Определите объем резервуара для равномерного распределения бактерий в биофильтре.
3. Рассчитайте оптимальную скорость фильтрации и организуйте поток загрязняющих веществ таким образом, чтобы бактерии могли эффективно их разложить.
4. Создайте габаритный проект устройства.

Характеристики фильтра различаются в зависимости от специфики производства и типов соединений. Каждый параметр в таблице индивидуален по сравнению с требованиями заказчика.

В примере биологического фильтра «Solar bio» мы демонстрируем, какие технические спецификации могут быть реализованы.

Расход воздуха, м³/ч: 100 Потребление энергии (без вентилятора): отсутствие данных Аэродинамическое сопротивление, Па: до 1000 Степень очистки: 80-98% Влажность: до 100% Температура на входе, °C: от 10 до 36

Процесс очистки в биофильтре

Биофильтр работает по принципу естественной способности микроорганизмов очищать воздух от органических и неорганических летучих веществ, содержащихся в загрязняющих агентов. Эти микроорганизмы способны окислять искусственные органические соединения и преобразовывать их в воду и углекислый газ.

Наиболее значимым элементом для очистки воздуха и воды в биофильтре выступает фильтрующий слой. Микроорганизмы формируют биологически активную пленку на поверхности пористой твердой среды. Токсичные вещества из воздуха проходят через этот фильтрующий материал, который их адсорбирует.

В результате данные вещества проникают в микробные клетки в растворенном состоянии, где они поглощаются и разлагаются. В качестве основ для фильтрующего слоя используются натуральные материалы. Эти компоненты содержат различные минералы и элементы, необходимые для благоприятного роста микроорганизмов.

Очиститель воздуха (газовый) эффективно функционирует при уровне влажности от 60 % до 100 % включительно. Это обусловлено тем, что все химические реакции, направленные на нейтрализацию вредных выбросов, происходят с использованием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (ферментов). Микроорганизмы наиболее успешно развиваются в условиях повышенной влажности.

Механизм действия биофильтра основан на природной способности микроорганизмов выводить как органические, так и неорганические летучие вещества из загрязняющих потоков, проходящих через него. Также они окисляют синтетические органические соединения, превращая их в воду и углекислый газ.

Преимущества и недостатки метода

Биологическая обработка сточных вод обладает рядом значительных преимуществ:

• Минимальное количество отходов. В ходе очистки образуются простые соединения, которые легко удалить из жидкости. Вырабатываемый метан используется для отопления зданий, а осадок — в качестве удобрения для почвы.
• Автономная работа оборудования. Процесс очищения не требует добавления химических реагентов, а управлять системами может один оператор.
• Экономичность процесса по сравнению с другими методами очистки.
• Экологичность и естественность процесса. Такая очистка не наносит вреда природным ресурсам и экосистемам.

Однако данный метод также имеет свои недостатки:

• Сложно поддерживать устойчивое количество микроорганизмов. Колебания в их численности могут привести к снижению эффективности очистки сточных вод.
• Создание станции по обработке сточных вод может потребовать значительных финансовых вложений. Однако со временем такие инвестиции оправдывают себя.
• Необходимо строго соблюдение технологий очистки. Игнорирование правил может поставить под сомнение результативность процесса.
• Не все виды органических соединений поддаются переработке. Токсичные вещества способны уничтожать полезные бактерии, поэтому важно постоянно проверять воду на их содержание и своевременно устранять опасные компоненты.

Аэрация фильтра имеет огромное значение в процессе его функционирования. Уровень кислорода не должен опускаться ниже 2 мг/л. Будьте внимательны к тому, чтобы пространство под сливом и над полом регулярно очищалось.

Что это такое?

Биологическая очистка сточных вод представляет собой многоступенчатый процесс, направленный на удаление потенциально опасных веществ, реагентов и химических соединений из сточных вод с использованием специально созданных бактерий и других одноклеточных организмов (простейших). Биоремедиация является этапом, который заменяет механические и физико-химические методы в общем процессе очистки сточных вод.

Принцип функционирования данного процесса основывается на разложении органического вещества до простых газов. К числу этих газов относятся углекислый газ, водород, оксиды азота, аммиак и сероводород. Среди органических соединений в основном присутствует метан, однако также могут быть выявлены метанол, уксусная кислота и ацетон. Органическое сырьё, включающее жиры, углеводы и ещё не разложившиеся белки, служит источником питания (а значит, и энергии) для микроорганизмов, которые применяются в качестве септических одноклеточных культур.

Как уже было упомянуто, сточные воды содержат значительное количество аминокислот, нитратов и, возможно, аммиака. Азот, который извлекается из этих веществ, является необходимым элементом для одноклеточных организмов. Кроме азота, бактерии и простейшие организмы также получают фосфор и калий из органического материала.

При увеличении содержания азота, фосфора и калия в сточных водах микроорганизмы активизируются, что способствует более эффективной очистке.

Основные методы

В естественных условиях (без влияния техногенных процессов) сточные воды небольшого объема характеризуются низкой концентрацией загрязняющих веществ, которые со временем разрушаются самостоятельно. Однако с ростом различных отраслей человеческой деятельности объёмы сточных вод значительно увеличиваются, превышая те, которые возникали в результате деятельности населения Земли в древние и доисторические эпохи. Очистка сточных вод осуществляется различными способами: механическим, физико-химическим и биологическим методами.

При использовании механического способа в системе устанавливаются грохот, сито и фильтры. Грохот и сито предназначены для улавливания, например, крупного мусора и крупной фракции песка. Пескоуловитель представляет собой специализированный контейнер, в котором мелкие частицы песка оседают на дно. Фильтр эффективно задерживает глину (суглинок и ил, находящиеся в suspension более одного часа), шлак и нерастворимые соли. Часть нерастворимых солей также подлежит удалению.

Один из подтипов химико-физических процессов — это жироотделитель. Поскольку масла и жиры обладают меньшей плотностью, чем вода, они поднимаются на поверхность. В то время как очищенная от этих веществ вода опускается вниз. Для извлечения растворимых солей и некоторых органических соединений из сточных вод в них вводят реагенты, которые взаимодействуют с этими примесями и приводят к образованию нерастворимого осадка. Например, растворимый в воде оксид железа может раскисляться, когда в воду добавляется кислород или воздух. Окисление железа приводит к его превращению в ржавчину, которая выпадает в осадок или фильтруется. При использовании физико-химического метода сточные воды требуют более длительного времени для отстаивания, чтобы обеспечить удаление всех нерастворимых веществ и жирового слоя.

Метод физико-химического воздействия включает в себя электролиз: Соли, кислоты и основания, которые могут содержаться в сточных водах, реагируют с металлами на поверхности электродов. В результате этих реакций они образуют нерастворимые соли, которые оседают на дно или поднимаются на поверхность.

В итоге, биоочистка воды представляет собой целенаправленную реакцию одноклеточных организмов на специфические загрязняющие вещества. К примеру, генетически измененные бактерии — разновидность одноклеточных экстремофилов — разбивают фекалии и мочу на более простые вещества.

Естественные

Природные процессы, протекающие в водных ресурсах, земле и растительности, применяются для биологической очистки сточных вод. Вредные вещества, угрожающие экологии, взаимодействуют с этими компонентами, изначально превращаясь в минералы, а затем в менее опасные соединения или выводятся из системы.

Например, переработка нефти в морской среде происходит в присутствии различных одноклеточных организмов. В основном этот процесс выглядит следующим образом: случайный разлив нефти со временем распадается на летучие и газообразные углеводороды. Однако существует обратная сторона – парниковый эффект, который приводит к ежегодному повышению температуры в течение 20 лет. Метан распадается значительно медленнее, чем углекислый газ, который растения преобразуют в кислород.

Биореактор не ограничивается только системами сточных вод для биоремедиации. Это лишь один из методов очищения воды от токсичных загрязнителей. Общая структура станции аэробной очистки сточных вод состоит из нескольких элементов.

• Сточные воды с предприятия подсоединяются к первичному осветлителю. Durante этого процесса грубые и нерастворимые частицы оседают на дно.
• Вторая камера предназначена для обработки частично отстоявшихся сточных вод с помощью воздуха. Аэробные микроорганизмы осуществляют разложение крупных органических остатков.
• В завершающей камере происходит химическая очистка сточных вод. Легкие фракции поднимаются на поверхность, в то время как тяжелые оседают на дно.
• В нижнем слое находится искусственно созданный известковый пласт. Известь взаимодействует с высокореакционными загрязняющими веществами.
• В завершение устанавливается биофильтр для тонкой очистки, что позволяет достичь степени очистки сточных вод на уровне 99%.

Анаэробный процесс очистки использует специализированную систему.

• Сточные воды из установки направляются в камеру, где анаэробные микроорганизмы производят метан, углекислый газ и сероводород. Эти газы могут быть поданы в трубопровод — метан применяют как природный газ.
• Переработанный осадок попадает во вторичную камеру — центрифугу, где осадок отделяется от воды. Очищенные сточные воды сбрасываются в озеро или реку.
• Сухой остаток, извлекаемый из воды при помощи барабанной сушилки, подвергается дезинфекции с использованием ультрафиолетового света, озона или хлора, после чего он распределяется по сельскохозяйственным землям в виде компоста.

Анаэробная очистка также осуществляется в закрытой герметичной яме. В случае с аэробным резервуаром вокруг него устанавливается ограждение для предотвращения доступа посторонних лиц, превращая резервуар в своеобразную водоохранную зону.

Очиститель воздуха (газовый) функционирует эффективно при уровне влажности от 60 % до 100 %. Это обусловлено тем, что все химические процессы, направленные на нейтрализацию вредных выбросов, происходят благодаря продуктам жизнедеятельности микроорганизмов (ферментов). Микроорганизмы лучше всего развиваются в условиях высокой влажности.

Система очистки

Биологический реактор является одним из компонентов сложной системы для очистки сточных вод. Общая схема биологической очистки представлена следующим образом:

• Вначале сточные воды поступают в предварительную камеру (отстойник), где оседают более крупные частицы,
• После этого частично очищенные сточные воды перекачиваются во вторую камеру, где они обогащаются кислородом, а крупные органические вещества расщепляются колониями микроорганизмов,
• Кислотные сточные воды, богатые кислородом, направляются в биореактор, где осуществляется процесс разложения органических веществ; финальная камера предназначена для последней стадии очистки с использованием силы тяжести.

Обратите внимание: Дно устройства обычно заполняется известью, которая эффективно связывает химически активные вещества. На выходе из системы можно установить дополнительный биологический фильтр, что позволяет повысить уровень очистки до 99 процентов.

Отзывы: плюсы и минусы

Согласно практике, основные преимущества биологической очистки сточных вод можно выделить следующие:

• Недорогая цена (стоимость очистки сточных вод на единицу объема значительно ниже, чем при механическом или химическом способах),
• Высокая надежность,
• Отсутствие необходимости в регулярных закупках расходных материалов (теоретически микроорганизмы не требуют замены, так как являются самовоспроизводящимися, однако на практике колонии нужно обновлять, но не чаще, чем один раз в пять-шесть лет),
• Экологичность,
• высокий уровень очистки сточных вод (до 99%).

Дополнительная очистка

После проведения биологической очистки сточные воды могут быть сброшены в почву или повторно использованы для орошения сельскохозяйственных угодий. В некоторых случаях допускается сброс очищенных сточных вод в водоёмы, однако в большинстве случаев остаточные органические вещества, питательные элементы, поверхностно-активные соединения и бактериальные загрязнения, содержащиеся в биологически очищенных сточных водах, могут оказать негативное влияние на экосистему водоемов. Поэтому требуется дополнительная обработка сточных вод до следующих показателей:

• Снижение содержания взвешенных частиц,
• уменьшение уровня ХПК, БПК, а также содержания поверхностно-активных веществ, азота и фосфора,
• дезинфекция,
• насыщение кислородом сточных вод перед их сбросом в рыбохозяйственные водоёмы.

Наиболее распространённым оборудованием для глубокого очищения является погружной биологический реактор. В некоторых случаях эта часть установки может выполнять функции нитрификатора и денитрификатора.

Выбор системы предварительной очистки зависит как от местных условий, так и от требований к качеству очищенных сточных вод. В любом случае потребуется провести частичную модернизацию станции глубокой очистки сточных вод.

Таким образом, биологическая очистка сточных вод не только экономически выгодна, но и превосходит другие методы очистки по своей эффективности.